電梯PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

唐旭輝

[摘 ? ?要]以四層并聯(lián)電梯控制系統(tǒng)為研究對(duì)象，以西門(mén)子S7-200系列PLC為控制核心，通過(guò)KingView組態(tài)王上位機(jī)監(jiān)控軟件來(lái)顯示兩部電梯的所處樓層數(shù)、實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)等參數(shù)信息，同時(shí)針對(duì)兩梯四戶的大樓實(shí)現(xiàn)對(duì)兩臺(tái)電梯進(jìn)行并聯(lián)調(diào)度控制。

[關(guān)鍵詞]電梯;并聯(lián)控制;組態(tài)王

[中圖分類(lèi)號(hào)]TU976.3 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2022）05–00–03

Design of Elevator PLC Control System

Tang Xu-hui

[Abstract]This paper takes the four-story parallel elevator control system as the research object， takes Siemens S7-200 series PLC as the control core， and uses the KingView host computer monitoring software to display the parameters such as the number of floors and the actual running status of the two elevators. At the same time， for a building with two elevators and four households， the parallel dispatching control of two elevators is realized.

[Keywords]elevator;parallel control;configuration king

隨著社會(huì)的發(fā)展，單個(gè)電梯已經(jīng)不能滿足一些建筑的需求，在這種情況下就需要使用兩個(gè)或者多個(gè)電梯一起工作。為了更加便捷的管理，將兩部電梯進(jìn)行集中管理，以達(dá)到效率最大化和節(jié)能的目的。

1 電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)

1.1 電梯原理

電梯作為垂直起重設(shè)備，由電動(dòng)機(jī)、控制箱、鋼絲、轎廂、曳引輪和配重組成。電梯的執(zhí)行動(dòng)作通過(guò)控制器發(fā)出，通過(guò)一系列分析計(jì)算，發(fā)送相關(guān)的指令給拖動(dòng)系統(tǒng)，按照工作值來(lái)拖動(dòng)曳引系統(tǒng)動(dòng)作，接著對(duì)鋼絲繩進(jìn)行拽引來(lái)帶動(dòng)電梯轎廂使其按照既定的軌跡運(yùn)行，到達(dá)指定的位置之后，信號(hào)給出控制電梯門(mén)打開(kāi)，乘客進(jìn)出電梯。

1.2 變頻調(diào)速技術(shù)

電梯采用變頻調(diào)速方式，變頻調(diào)速性能好，調(diào)速范圍寬，且響應(yīng)較為及時(shí)?；绢l率下，整體的調(diào)速性能更好，機(jī)械特性好，并且在恒定功率或者扭矩調(diào)節(jié)下，效率會(huì)更高。隨著電力電子技術(shù)不斷成熟，整體的模塊功能更為強(qiáng)大，變頻調(diào)速性能不斷提高，對(duì)頻率轉(zhuǎn)換速度調(diào)節(jié)領(lǐng)域做出了巨大貢獻(xiàn)。

變頻器由主電路和控制電路組成。變頻器自身的電子開(kāi)關(guān)進(jìn)行斬波控制，輸出電壓為脈沖序列形式，通過(guò)改變電子開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間，改變輸出電壓脈沖序列的脈沖寬度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的調(diào)節(jié)。

2 電梯控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

本文以兩臺(tái)四層電梯為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要實(shí)現(xiàn)如下目的：

（1）通過(guò)調(diào)速變頻器可以提升電梯的運(yùn)行速度，保證電梯運(yùn)行速度的穩(wěn)定。

（2）能夠?qū)崿F(xiàn)定向選層功能。每個(gè)樓層都設(shè)有呼叫按鈕，選定樓層之后，電梯到達(dá)該目標(biāo)層時(shí)，信號(hào)燈按鈕才會(huì)熄滅。

（3）能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)定向功能。電梯在上行過(guò)程中只響應(yīng)向上的命令，電梯在下行過(guò)程中只響應(yīng)下行的命令，別的命令不會(huì)響應(yīng)。

（4）能夠?qū)崿F(xiàn)待客自動(dòng)開(kāi)關(guān)門(mén)。

（5）上下限位功能、超重禁止運(yùn)行。

（6）運(yùn)行故障超時(shí)，電梯每層和每層之間的運(yùn)行時(shí)間不能超過(guò)20s，超過(guò)規(guī)定的時(shí)間，電梯報(bào)警并且停止運(yùn)行。

（7）兩部電梯通過(guò)并聯(lián)調(diào)度原則，能夠最大化實(shí)現(xiàn)工作效率的提升，兩臺(tái)電梯各自響應(yīng)自己的任務(wù)，通過(guò)實(shí)際情況來(lái)判斷自己的任務(wù)，達(dá)到節(jié)能減資的目標(biāo)。

2.2 系統(tǒng)總體方案

整個(gè)電梯控制系統(tǒng)分為5個(gè)部分，分別為信號(hào)輸入模塊、信號(hào)輸出模塊、邏輯控制模塊、電機(jī)運(yùn)行模塊以及監(jiān)控模塊。其中信號(hào)輸入模塊主要對(duì)四層電梯的召喚按鈕盒內(nèi)的召喚信號(hào)、電梯內(nèi)的樓層選擇信號(hào)、電梯轎廂所處樓層的位置限位以及電梯相關(guān)的保護(hù)參數(shù)等信號(hào)進(jìn)行采集，采集后的信號(hào)通過(guò)信號(hào)輸入模塊傳入邏輯控制模塊，邏輯控制模塊主要為PLC系統(tǒng)的中央處理器，其對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行判斷，確定呼叫的樓層、電梯的方向，以及兩臺(tái)電梯的運(yùn)行狀態(tài)等，處理完成后邏輯控制模塊將信號(hào)發(fā)送至信號(hào)輸出模塊，控制轎廂門(mén)、指示燈、報(bào)警信號(hào)等設(shè)備的工作，同時(shí)邏輯控制模塊還將電梯電機(jī)的運(yùn)行信號(hào)傳送至電機(jī)運(yùn)行模塊，其中電機(jī)運(yùn)行主要為變頻器，變頻器根據(jù)輸入指令控制電機(jī)按照既定模式穩(wěn)定運(yùn)行。以上所有控制回路的參數(shù)均會(huì)被電梯監(jiān)控模塊采集，進(jìn)而在上位機(jī)界面中進(jìn)行實(shí)時(shí)指示，供運(yùn)行、維修人員進(jìn)行監(jiān)控。

3 電梯控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)硬件選型

3.1.1 PLC選型

本系統(tǒng)采用西門(mén)子S7-200系列的PLC進(jìn)行控制，根據(jù)總體設(shè)計(jì)方案，可以確定采用該系列PLC所需的功能模塊，查詢西門(mén)子樣本手冊(cè)，可以確定各個(gè)模塊的基本型號(hào)，電源模塊選擇PM207 24VDC/3A，中央控制器選擇CPU224 CN，數(shù)字量輸入模塊選擇EM221 CN 16DI 24VDC，數(shù)字量輸出模塊選擇EM221 CN 8DO 24VDC。

3.1.2 變頻器的選擇

本電梯控制系統(tǒng)選擇ABB廠家的ACS800變頻器。

為了適應(yīng)西門(mén)子系列的PLC，本系統(tǒng)將采用IO點(diǎn)硬接線的方式來(lái)對(duì)變頻器進(jìn)行控制，只需將電機(jī)正轉(zhuǎn)信號(hào)以及電機(jī)反轉(zhuǎn)信號(hào)發(fā)送至變頻器，變頻器即可根據(jù)預(yù)先設(shè)置的參數(shù)開(kāi)始運(yùn)行，電機(jī)正轉(zhuǎn)信號(hào)與電機(jī)反轉(zhuǎn)信號(hào)即對(duì)應(yīng)電梯的上行與電梯的下行信號(hào)。

3.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.2.1 信號(hào)輸入模塊/信號(hào)輸出模塊

如圖1為信號(hào)輸入輸出模塊/信號(hào)輸出模塊的原理圖，輸入模塊采集電梯外呼叫信號(hào)、電梯內(nèi)選層信號(hào)、電梯樓層限位信號(hào)、電梯上下保護(hù)限位信號(hào)、電梯超重信號(hào)、電梯門(mén)狀態(tài)信號(hào)、電梯緊急停止信號(hào)，輸出模塊發(fā)送內(nèi)外樓層顯示指令、報(bào)警信號(hào)指令、電梯門(mén)開(kāi)關(guān)信號(hào)指令以及兩臺(tái)電梯的制動(dòng)器動(dòng)作信號(hào)指令。信號(hào)輸入模塊與信號(hào)輸出模塊均與S7-200控制器緊密相連。

如圖1所示，所有的輸入信號(hào)與輸出信號(hào)的供電均由電源模塊提供，電制為DC 24V，前后均通過(guò)繼電器進(jìn)行隔離。

3.2.2 電機(jī)運(yùn)行模塊

電機(jī)運(yùn)行模塊主要包括兩部分：電梯的提升電機(jī)以及與之相關(guān)的制動(dòng)器電機(jī);電梯的開(kāi)門(mén)電機(jī)。兩部分的原理圖分別如圖2所示。

如圖2所示，A、B、C三相動(dòng)力電源經(jīng)過(guò)斷路器之后首先接入A電梯電機(jī)對(duì)應(yīng)的變頻器中，在變頻器中經(jīng)過(guò)AC/DC整流以及DC/AC逆變之后通過(guò)動(dòng)力電纜向A電梯的提升電機(jī)供電，其中該變頻器通過(guò)IO模塊接受PLC發(fā)來(lái)的控制指令。B電梯電機(jī)的原理與A電機(jī)相同。

如圖3所示，A、B、C三相動(dòng)力電源經(jīng)過(guò)斷路器之后分別接入A、B電梯開(kāi)門(mén)電機(jī)的控制接觸器，每個(gè)開(kāi)門(mén)電機(jī)設(shè)有兩個(gè)控制接觸器，經(jīng)過(guò)左邊接觸器后開(kāi)門(mén)電機(jī)的三相相序?yàn)镃、B、A，而經(jīng)過(guò)右邊接觸器后開(kāi)門(mén)電機(jī)的三相相序?yàn)锳、B、C，即兩者相序相反，從而使開(kāi)門(mén)電機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)，當(dāng)開(kāi)門(mén)電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，電梯門(mén)打開(kāi)，當(dāng)開(kāi)門(mén)電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，電梯門(mén)關(guān)閉，即可正常實(shí)現(xiàn)電梯門(mén)的開(kāi)關(guān)控制。

4 電梯控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1 地址分配

進(jìn)行PLC程序編寫(xiě)之前需要根據(jù)實(shí)際的接線對(duì)PLC的地址進(jìn)行分配，輸入地址的信號(hào)分配如表1所示。

如表1中包含兩臺(tái)電梯的輸入信號(hào)共40路，其中兩臺(tái)電梯分別命名為A電梯和B電梯，其中I0.0～I(xiàn)0.5為轎廂外的呼叫信號(hào)，為兩電梯公用，故未進(jìn)行區(qū)分。輸出地址的信號(hào)分配如表2所示。

4.2 軟件運(yùn)行流程分析

系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)首先需要進(jìn)行任務(wù)的調(diào)度，確定某一任務(wù)是由A電梯還是B電梯執(zhí)行，具體流程圖以及任務(wù)調(diào)度流程如圖4和圖5所示。

4.3 組態(tài)仿真

將每個(gè)限位、開(kāi)關(guān)、按鈕、報(bào)警和指示燈均連接至對(duì)應(yīng)S7-200的IO點(diǎn)，即可完成兩者的鏈接。將PLC程序下載至S7-200 PLC之后，啟動(dòng)運(yùn)行PLC，即可在上位機(jī)監(jiān)控并對(duì)電梯控制系統(tǒng)進(jìn)行模擬仿真，仿真界面如圖6所示。

如圖6所示，在系統(tǒng)初始狀態(tài)時(shí)，A、B電梯均停在一層，即一層的位置感應(yīng)器均為綠燈，當(dāng)按下二層上呼叫時(shí)，A電梯開(kāi)始向上運(yùn)行，其向上運(yùn)行的指示燈變?yōu)榫G色，系統(tǒng)仿真工作正常。

5 結(jié)束語(yǔ)

以電梯控制系統(tǒng)為研究對(duì)象，對(duì)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了論證，并完成組態(tài)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 郭志冬.變頻調(diào)速電梯PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析[J].江西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2018，31（2）：3-4，7.